Какие стали называют автоматными: состав, применение, маркировка

Какие у автоматной стали свойства?

Автоматные конструкционные стали в отличие от конструкционных обладают меньшей прочностью, но при этом у них повышенная обрабатываемость. В металлургии стараются избавиться от серы и фосфора — присадок, ухудшающих эксплуатационные качества, тогда как в производстве автоматной группы сплавов наоборот их содержание повышают. К примеру, сера делает изделие хрупким и ломким, а фосфор ухудшает прочность и приводит к появлению трещин, но при этом ускоряется обработка металлической заготовки в изделие сложной формы.

Что такое конструкционная сталь?

С точки зрения металлургии автомат-сталь является подвидом конструкционной стали, поэтому сперва рассмотрим этот материал, чтобы понять основные отличия сплавов. Конструкционная сталь — это стальной сплав на основе железа и углерода. Особенность этих сплавов с химической точки зрения — минимальное содержание серы и фосфора (во время выплавки используется специальные техники очистки, которые позволяют искусственным способом понизить содержание этих элементов).

Почему металлургам так важно избавиться от этих присадок? Дело все в том, что сера и фосфор снижают физические свойства стального сплава:

• Сера — этот элемент делает сплав хрупким и ломким, а во время холодной обработки такой материал может серьезно растрескаться, что сделает его бесполезным в использовании.
• Фосфор — этот элемент также снижает прочность стального сплава + при тепловой обработке из-за фосфора также могут появиться трещины в материале.

Согласно нормам ГОСТ содержание фосфора и серы в конструкционной стали должно составлять не более 0,05%, хотя встречаются и более качественные прочные сплавы с содержанием вредных примесей в более низкой концентрации. Такие материалы называют качественным (концентрация серы и фосфора — до 0,035 %), высококачественными (до 0,025%) и сверхвысококачественными (до 0,015%).

Какие присадки добавлены в автоматных легированных сталях?

Сплав обогащают легирующими добавками, из-за которых улучшается податливость к обработке и снижаются механические характеристики готовых изделий. Основная цель в повышении содержания серы и фосфора — упростить переработку металла и сократить расходы на обслуживании станка и его расходные материалы.

В зависимости от того, какими свойствами должен обладать металл, добавляют различные добавки, которые будут легировать. Они позволяют ускорить серийное производство и удешевить готовую продукцию.

Сплав отличается содержанием различных компонентов:

• Сера вводится в состав в марганцевом сульфиде, за счет чего снижается прочность сплава, улучшается срез стружки и снижается шероховатость.
• Фосфор аналогично влияет на металл, как и сера.
• Селен еще больше повышает надлом стружки, не влияя на прочность сплава.
• Свинец позволяет снизить себестоимость деталей за счет того, что режущий инструмент станка дольше работает и не так быстро приходит в негодность, как в обработке с более прочными металлами.
• Кальций облегчает работу станка тем, что стружка не липнет к металлу, а режущий инструмент может дольше прослужить.
• Марганец не отражается на качестве сплава и используется для введения серы в составе марганцевого сульфида.

Физические свойства и изготовление автоматной стали

Физические свойства автомат-стали очень похожи на свойства обыкновенной конструкционной стали. Отличительные свойства автоматных сталей обуславливаются вхождением в состав материала различных примесей — в первую очередь это сера и фосфор, однако в состав автомат-стали могут входить и некоторые другие добавки (свинец, селен, кальций, марганец, теллур и другие). Также большое значение имеет способ выплавки и последующей обработки (диффузный отжиг, цементация, закалка и другие). Ниже мы кратко рассмотрим все основные примеси и способы правильной обработки.

Легирующие добавки

Согласно регулирующему ГОСТ 1414-75 в состав автоматной стали могут входить следующие добавки:

• Сера (не более 0,2%). Улучшает надлом стружки за счет снижения прочности сплава, что делает возможным станочную обработку стального материала. Помимо этого сера оказывает вяжущий и смазывают эффект, что снижает шероховатость поверхности. В большинстве случаев сера вводится в состав сплава в виде марганцевых сульфидов, поэтому достаточно часто автоматные стали помимо серы содержат марганец.
• Фосфор (до 0,15%). По своим свойствам очень похож на серу — улучшает надлом стружки, снижает шероховатость и так далее.
• Селен. Позволяет дополнительно повысить надлом, но одновременно и сохранить высокую прочность сплава. К тому же селен позволяет сохранить режущий инструмент острым, что положительно сказывается на сроке годности автомат-станка.
• Свинец. Повышает стойкость режущего инструмента станка, а также увеличивает срок обработки материала, что благоприятно сказывается на себестоимости деталей.
• Кальций. Во время резки кальций создает на поверхности металла тонкий слой, который улучшает резку и скорость обработки. Некоторые дополнительные свойства кальция — снижает вероятность прилипания стружки к металлу, увеличивает срок годности режущего инструмента и так далее.
• Марганец. Практически не влияет на свойства автоматной стали, однако содержится во многих автоматных сплавах, поскольку сера в сплав вносится в виде марганцевого сульфида, а после расплавки марганец остается в материале в виде добавочного компонента в небольших концентрациях (обычно не более 0,01%).

Физическая обработка

При выплавке помимо внесения дополнительных компонентов автоматная сталь обычно подвергается обжигу при температуре около 1300 градусов по Цельсию. Цель подобного обжига — обеспечить равномерное распределение фосфора и серы по всему объему стального сплава (в противном случае некоторые фрагменты металла будут хрупкими, а некоторые фрагменты — сверхтвердыми).

Также во время обработки материал может подвергаться цементированию и закалке — это позволяет получить более прочным пластичный материал, который будет легко резаться + он не будет портить режущую поверхность автомат-станка. Основные методы выплавки автомат-стали — мартеновский метод и конвертерная техника.

Особенности физической обработки автоматных сталей

Сплав, обогащенный легирующими добавками, выплавляют при температуре 1300оС. После выплавки, или диффузного отжига, все компоненты равномерно распределяются по объему сплава. Воздействие высокой температурой исключает хрупкость фрагментов готового металла из-за высокого скопления фосфора или серы в одном участке. Дополнительно характеристики улучшают:

• Цементацией — диффузным поверхностным насыщением углерода, повышающим стойкость к износу.
• Цианированием — насыщением азотом и углеродом под температурой 950оС.
• Закалкой и отпуском — делают сплав твердым, более хрупким и менее вязким.

Преимущества и недостатки металла

Автоматная сталь характеризуется:

• упрощенной и быстрой резкой;
• легким отделением стружки;
• высокой теплопроводностью
• низкой твердостью;
• минимальным износом режущего инструмента.

Повышенная обрабатываемость, легкое стружкоотделение и небольшая шероховатость позволяет в несколько раз повысить производительность производства, снизить стоимость и увеличить прибыль. К минусам относится наличие серы и фосфора, снижающих вязкость и пластичность деталей.

Какая к автоматной стали применяется маркировка?

Автоматная сталь должна соответствовать ГОСТ 1414-75. Она маркируется большой буквой А, судя по которой можно понять, для чего предназначена сталь. Дополнительные присадки, которые вошли в состав сплава, обозначаются в сплаве различными буквами. Цифрами обозначают концентрацию углерода, измеряемую в сотых долях процента.

Классификация по легированным присадкам:

• А — сернистая сталь;
• АС — добавлен свинец;
• Е — селен;
• Ц — кальций;
• Г — марганец;
• Х — хром;
• Н — никель

Литература

• Ривлин Ю. И., Коротков М. А., Чернобыльский В. Н. Металлы и их заменители. — М.: Металлургия, 1973. — 440 с.
• Лахтин Ю. М. Основы металловедения. — М.: Металлургия, 1988. — 320 с.
• Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. Т. 1. — 9-е изд., перераб. и доп./ под ред. И. Н. Жестковой. — М.: Машиностроение, 2006. — 928 с. — ISBN 5-217-03343-6 (Т. 1)
• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materials and Processes in Manufacturing (9th ed.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.

Основные марки в производстве автоматных сталей

Марка металла предопределяет сферу применения. Сернистые марки применяются в производстве:

• А11 — болты, гайки, цепи, вилки для сцепления в автомобилях;
• А12 — оси, шурупы, болты, гайки и изделия сложной формы;
• А20 — мелкие детали сложной формы;
• А30 — метизы и детали, которые подлежат точной обработке.

Из марок, содержащих различные присадки, производят:

• А35Е — матрицы и бандажи;
• АС19ХГН — зубцовые передаточные механизмы;
• АС35Г2 — валики масляного насоса;
• АС40Х — кольца полуосей автомобиля.

Какие стали называются автоматными и где они применяются

У классической конструкционной стали высокая прочность, устойчивость к охлаждению и перегреву, отсутствие вредных примесей. Однако эти преимущества могут легко превратиться в недостатки материала в том случае, если речь идет об изготовлении метизов. Для решения этой проблемы инженерами была разработана так называемая автоматная сталь (автомат-сталь).

В состав этого сплава дополнительно вносятся сера или фосфор, а также различные дополнительные элементы — селен, свинец, теллур и некоторые другие. Это делает материал более ломким, поэтому работать с ним на станках гораздо легче.

Автоматные стали имеют специальную маркировку, которая позволяет однозначно отличить материал от других сплавов. Но какие стали называются автоматными? Какими химическими и физическими свойствами обладает автоматная сталь? Как маркируется этот материал и в каких сферах металлургии он используется чаще всего? В нашей статье мы в деталях рассмотрим все эти вопросы.

Что такое конструкционная сталь?

С точки зрения металлургии автомат-сталь является подвидом конструкционной стали, поэтому сперва рассмотрим этот материал, чтобы понять основные отличия сплавов.

Конструкционная сталь — это стальной сплав на основе железа и углерода.

Особенность этих сплавов с химической точки зрения — минимальное содержание серы и фосфора (во время выплавки используется специальные техники очистки, которые позволяют искусственным способом понизить содержание этих элементов).

Почему металлургам так важно избавиться от этих присадок? Дело все в том, что сера и фосфор снижают физические свойства стального сплава:

• Сера — этот элемент делает сплав хрупким и ломким, а во время холодной обработки такой материал может серьезно растрескаться, что сделает его бесполезным в использовании.
• Фосфор — этот элемент также снижает прочность стального сплава + при тепловой обработке из-за фосфора также могут появиться трещины в материале.

Согласно нормам ГОСТ содержание фосфора и серы в конструкционной стали должно составлять не более 0,05%, хотя встречаются и более качественные прочные сплавы с содержанием вредных примесей в более низкой концентрации. Такие материалы называют качественным (концентрация серы и фосфора — до 0,035 %), высококачественными (до 0,025%) и сверхвысококачественными (до 0,015%).

Что такое автоматная сталь?

Как мы уже выяснили ранее, фосфор и сера — это вредные примеси, содержание которых стараются минимизировать в итоговом сплаве, поскольку они ухудшают качество стали. Однако существует особый класс стальных конструкционных сплавов, где фосфор и сера могут содержаться в значительных количествах — это класс называют автоматной сталью.

Дело все в том, что при изготовлении сложных небольших деталей на станках-автоматах не требуется сверхпрочный материал — зато нужен пластичный материал, который легко и быстро обрабатывать.

Именно поэтому в автоматной стали допускается повышенное содержание примесей — фосфора или серы + различных дополнительных элементов (хрома, никеля, селена, свинца и других). Оптимальная температура ковки автоматной стали — от +950 до +1200 градусов по Цельсию.

Автомат-сталь используется для поточного производства метизов — болтов, гаек, шурупов, осей, валиков, фрагментов цепей и так далее.

Также этот материал подходит для производства мелких автомобильных деталей сложной формы и конфигурации — зубцовых передаточных механизмов, колец полуосей машин, валиков масляного насоса и так далее.

Выплавка автоматной стали контролируется государственным нормами ГОСТ 1414-75. Согласно ГОСТ автоматная сталь должна удовлетворять следующим требованиям:

• Высокое качество надлома стружки (при обработке на станке очень важно быстро удалять стружку, которое образуется в больших количествах во время работы).
• Низкая шероховатость поверхности (в противном случае деталь может получиться неоднородной по своей структуре, что критично при изготовлении мелких деталей сложной формы, где каждый изгиб имеет определенное конструктивное значение).
• Минимальный износ режущего инструмента (в противном случае режущий станок очень быстро придет в негодность, что сделает себестоимость деталей очень высокой).
• Есть возможность резать объект на высокой скорости (это позволяет снизить конечную стоимость детали, что минимизирует расходы на электричество и улучшает себестоимость такого способа обработки).

Физические свойства и изготовление автоматной стали

Физические свойства автомат-стали очень похожи на свойства обыкновенной конструкционной стали.

Отличительные свойства автоматных сталей обуславливаются вхождением в состав материала различных примесей — в первую очередь это сера и фосфор, однако в состав автомат-стали могут входить и некоторые другие добавки (свинец, селен, кальций, марганец, теллур и другие).

Также большое значение имеет способ выплавки и последующей обработки (диффузный отжиг, цементация, закалка и другие). Ниже мы кратко рассмотрим все основные примеси и способы правильной обработки.

Легирующие добавки

Согласно регулирующему ГОСТ 1414-75 в состав автоматной стали могут входить следующие добавки:

• Сера (не более 0,2%). Улучшает надлом стружки за счет снижения прочности сплава, что делает возможным станочную обработку стального материала. Помимо этого сера оказывает вяжущий и смазывают эффект, что снижает шероховатость поверхности. В большинстве случаев сера вводится в состав сплава в виде марганцевых сульфидов, поэтому достаточно часто автоматные стали помимо серы содержат марганец.
• Фосфор (до 0,15%). По своим свойствам очень похож на серу — улучшает надлом стружки, снижает шероховатость и так далее.
• Селен. Позволяет дополнительно повысить надлом, но одновременно и сохранить высокую прочность сплава. К тому же селен позволяет сохранить режущий инструмент острым, что положительно сказывается на сроке годности автомат-станка.
• Свинец. Повышает стойкость режущего инструмента станка, а также увеличивает срок обработки материала, что благоприятно сказывается на себестоимости деталей.
• Кальций. Во время резки кальций создает на поверхности металла тонкий слой, который улучшает резку и скорость обработки. Некоторые дополнительные свойства кальция — снижает вероятность прилипания стружки к металлу, увеличивает срок годности режущего инструмента и так далее.
• Марганец. Практически не влияет на свойства автоматной стали, однако содержится во многих автоматных сплавах, поскольку сера в сплав вносится в виде марганцевого сульфида, а после расплавки марганец остается в материале в виде добавочного компонента в небольших концентрациях (обычно не более 0,01%).

Физическая обработка

При выплавке помимо внесения дополнительных компонентов автоматная сталь обычно подвергается обжигу при температуре около 1300 градусов по Цельсию. Цель подобного обжига — обеспечить равномерное распределение фосфора и серы по всему объему стального сплава (в противном случае некоторые фрагменты металла будут хрупкими, а некоторые фрагменты — сверхтвердыми).

Также во время обработки материал может подвергаться цементированию и закалке — это позволяет получить более прочным пластичный материал, который будет легко резаться + он не будет портить режущую поверхность автомат-станка. Основные методы выплавки автомат-стали — мартеновский метод и конвертерная техника.

Преимущества и недостатки автоматной стали

Преимущества автоматной стали:

• Простота обработки с помощью автомат-станков — можно получить как обычные детали (болты, гайки, шурупы), так и различные объекты сложной формы и конфигурации (различные шестерни, сложные валики с выемками, различные передаточные механизмы и так далее).
• Высокая скорость обработки, отличное качество резки и низкая степень порчи резаков на станках. Это снижает себестоимость деталей.
• Некоторые другие плюсы — простота выплавки, неплохая прочность, большой срок годности деталей, возможность внесения различных присадок для изменения физических свойств материала и так далее.

Главные минусы — наличие серы и фосфора, что снижает вязкость и пластичность конечных деталей.

Особенно критично это в случае автомобильных деталей, когда поломка того или иного агрегата может представлять угрозу для жизни человека.

К тому же нужно помнить, что фосфор и сера делают материал хрупким при резком перепаде температур, поэтому детали из автоматной стали использовать в помещениях со стабильными температурами.

Маркировка автомат-стали

Согласно нормирующим требования ГОСТ 1414-75 обозначается с помощью большой буквы A, которая указывает на то, что данный материал рекомендуется использоваться для обработки с помощью автоматных станков.

После буквы А обычно ставится число, которое указывает на общую концентрацию углерода (единицы измерения — сотые доли процента).

Если в состав материала входят какие-либо дополнительные присадки (марганец, селен, хром или свинец), то в таком случае это также указывается в названии материала согласно номенклатуре ГОСТ.

Основные марки автомат-стали

Заключение

Давайте подведем итоги. Автоматная сталь — это особый тип конструкционной стали, с повышенным содержанием фосфора и серы в материале.

Из-за содержания примесей автомат-сталь становится более хрупкой, поэтому из подобного материала можно делать различные небольшие метизы простой или сложной формы — гайки, шурупы, матрицы, валики, оси, втулки, валы и так далее.

Для производства метизов обычно используются специальные станки, которые не годятся для работы с обычной конструкционной сталью (ведь такой материал является очень прочным, что серьезно усложняет его обработку).

Состав и физические свойства автоматной стали регулируются государственными нормами ГОСТ 1414-75.

Согласно этому документу в состав автомат-стали помимо серы и фосфора могут входить и некоторые другие добавки в небольших количествах — селен, свинец, марганец, кальций и другие.

Автомат-сталь должна удовлетворять следующим требованиям — высокая степень надлома стружки, минимальная шероховатость, высокая степень обработки станковыми способом и так далее.

Автоматная сталь обладает как преимуществами, так и недостатками, что нужно учитывать при выборе материала для изготовления метизов.

Согласно нормам ГОСТ для маркировки автомат-стали используется заглавная буква А и число, которое указывает на общее содержание углерода в материале.

При наличии дополнительных примесей (свинец, селен, марганец и другие) могут указываться и некоторые другие буквы маркировки.